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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zumin- dest einem eine Walzenströmung im Brennraum erzeugenden, vorzugsweise im Sinne der Walzenströmung gekrümmten, Einlasskanal mit einem hinsichtlich der Walzenströmung äusseren Wandbereich und einem inneren Wandbereich, wobei im Bereich der Mündung des Einlasskanals in den Brennraum ein Ventilsitzring angeordnet ist.
Zylinderköpfe mit eine Walzenströmung erzeugenden Einlasskanälen sind aus der US 5,640,941 A, US 5,165,374 A, der US 5,359,972 A oder der GB 2 165 886 A bekannt. Durch die Walzenströmung (Tumble-Strömung) kann insbesondere im Teillastbereich der Verbrennungsablauf und damit der Kraftstoffverbrauch und die Emissionsbildung günstig beeinflusst werden, wobei eine möglichst hohe Wal- zenströmung angestrebt wird.
Die Grösse der Walzenströmung wird dabei massgebend von der Lage des Schnitt- punktes der Kanalmittellinie des Einlasskanals mit der Mittellinie des Ventilsitz- ringes bestimmt. Je näher der Schnittpunkt beim Brennraum liegt, desto stärker ist die Walzenströmung. Je stärker der Einlasskanal zur Mittellinie geneigt ist, desto näher liegt der Schnittpunkt beim Brennraum. Durch eine starke Neigung des Einlasskanals zur Mittellinie des Ventilsitzringes kann somit eine starke Wal- zenbewegung im Brennraum erzeugt werden. Eine starke Neigung der Strö- mungsmittellinie des Einlasskanals bezüglich der Achse des Ventilsitzringes hat allerdings den Nachteil, dass der Strömungsquerschnitt des Einlasskanals stark vermindert wird, was sich insbesondere im Volllastbereich durch einen erheblich reduzierten Durchfluss nachteilig bemerkbar macht.
Bei der Konzeption des Ein- lasskanals muss somit ein Kompromiss zwischen hoher Walzenströmung im Teil- lastbereich und hohem Durchfluss im Volllastbereich gefunden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine starke Tumble-Strömung ohne wesentliche Ver- minderung des Strömungsquerschnittes des Einlasskanals erzeugt werden kann.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass der äussere Wandbereich im Bereich des Ventilsitzringes zumindest teilweise durch einen Fortsatz des Zylinderkopfes innerhalb einer inneren Mantelfläche des Ventilsitzringes gebildet ist. Der durch den Zylinderkopf gebildete äussere Wandbereich des Einlasskanals setzt sich so- mit bis in die Öffnung des Ventilsitzringes fort. Vorzugsweise ist dabei vorgese- hen, dass eine fiktive Verlängerung der Kanalwand des Einlasskanals im Bereich des Fortsatzes den Ventilsitzring im Bereich der inneren Mantelfläche schneidet, wobei die Schnittlinie vorzugsweise - in Richtung der Achse des Ventilsitzringes
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betrachtet - zumindest teilweise in einer ventilsitzseitigen Hälfte der inneren Mantelfläche liegt.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass der Schnittpunkt zwischen der Ka- nalmittellinie des Einlasskanals und der Mittellinie des Ventilsitzringes einen sehr geringen Abstand zum Brennraum aufweist, wodurch eine sehr starke Walzen- strömung im Brennraum bereits bei einer geringen Neigung der Kanalmittellinie des Einlasskanals zur Mittellinie des Ventilsitzringes erzeugt wird. Dadurch bleibt ein höchstmöglicher Durchsatz im Volllastbereich erhalten.
Um Mehrfachpressungen im Bereich des Ventilsitzringes zu vermeiden, ist es vor- teilhaft, wenn die innere Mantelfläche des Ventilsitzringes gegenüber dem Fort- satz freigestellt ist.
In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilsitzring stromauf- wärts seines engsten Durchflussquerschnittes im Übergangsbereich zum Einlass- kanal eine Anfasung aufweist. Dadurch lässt sich eine hohe Walzenbewegung erzielen. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Ventilsitzring stromauf- wärts seines engsten Durchflussquerschnittes im Übergangsbereich zum Einlass- kanal einen zum Einlasskanal stetig anschliessenden Übergangsradius aufweist.
Dies ermöglicht es, den Strömungsquerschnitt des Einlasskanals im Bereich der Mündung grösstmöglich zu konzipieren und Strömungsablösungen weitgehend zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe Zylinderkopf kann in besonders vorteilhafter Weise durch eine eine Gussschräge aufweisende Stahlkokille entformt werden, was eine sehr einfache Herstellung ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Zylinderkopf in einem Querschnitt und Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1.
Der Zylinderkopf 1 weist zumindest einen eine Walzenströmung (Tumble- Strömung) S im Brennraum 2 erzeugenden Einlasskanal 3 auf. Im Bereich der Mündung 9 des Einlasskanals 3 in den Brennraum 2 ist im Zylinderkopf 1 ein Ventilsitzring 4 angeordnet. Der Ventilsitzring 4 bildet den Ventilsitz 5 für das Einlassventil 6 aus. Mit Bezugszeichen 7 ist ein Auslassventil zur Steuerung eines Auslasskanals 8 bezeichnet. Der hinsichtlich der Walzenströmung S äussere Wandbereich des Einlasskanals 3 ist mit Bezugszeichen 3a, der innere Wandbe- reich mit Bezugszeichen 3b bezeichnet. Der äussere Wandbereich 3a ist - in ei- nem Normalschnitt zur Kanalmittellinie 3c betrachtet - von der Zylinderkopfebe- ne 10 weiter beabstandet als der innere Wandbereich 3b.
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Um eine möglichst starke Walzenströmung S im Brennraum 2 zu erzeugen, weist der Zylinderkopf 1 im Bereich der Mündung 9 des Einlasskanals 3 in den Brenn- raum 2 einen Fortsatz 11 auf, welcher sich in den von der inneren Mantelflä- che 4a aufgespannten Hohlraum 4b erstreckt. Der innerhalb der inneren Mantel- fläche 4a liegende Fortsatz 11 ist als Verlängerung des äusseren Wandberei- ches 3a ausgebildet.
Die fiktive Verlängerung 12 der Kanalwand 13 im Bereich des Fortsatzes (11) schneidet den Ventilsitzring 4 im Bereich der inneren Mantelfläche 4a, wobei die Schnittlinie 14 zumindest teilweise in der ventilsitzseitigen Hälfte 4' des Ventil- sitzringes 4 liegt. Die dem Ventilsitz 5 abgewandte Hälfte des Ventilsitzringes 4 ist mit 4" bezeichnet. Der Fortsatz 11 selbst erstreckt sich zumindest teilweise bis etwa zu einer Mittelebene 15 des Ventilsitzringes 4.
Der Fortsatz 11 bewirkt eine Verlagerung der Kanalmittellinie 3c des Einlasska- nals 3 in Richtung der Zylinderkopfebene 10, wodurch der Schnittpunkt P zwi- schen der Kanalmittellinie 3c und der Mittellinie 4c des Ventilsitzringes 4 sich zum Brennraum 2 hin verschiebt und der Abstand L zwischen dem Schnitt- punkt P und der brennraumseitigen Stirnfläche 4d des Ventilsitzringes 4 kleiner wird.
Ohne Fortsatz 11 könnte eine entsprechende, die Walzenströmung S verstärken- de Verkürzung des Abstandes L zwischen dem Schnittpunkt P und der brenn- raumseitigen Stirnfläche 4d nur durch einen relativ grossen Neigungswinkel 0 zwischen der Kanalmittellinie 3c und der Mittellinie 4c des Ventilsitzringes 4 er- reicht werden, was allerdings den Nachteil einer erheblichen Querschnittsvermin- derung des Einlasskanals 3 mit sich bringen würde. Der Fortsatz 11 gestattet ei- ne starke Walzenbewegung S bei relativ geringem Neigungswinkel 1, wodurch ein hoher Durchfluss im Volllastbereich erzielbar ist.
Als weitere Massnahme zur Erzeugung eines möglichst grossen Durchflussquer- schnittes des Einlasskanals 3 weist der Ventilsitzring 4 im Bereich des Übergan- ges zwischen der inneren Mantelfläche 4a und der zylinderkopfseitigen Stirnflä- che 4e einen Übergangsradius 16 entsprechend der Neigung des inneren Wand- bereiches 3b auf. Anstelle des Übergangsradius 16 kann auch eine Anfasung 16a vorgesehen sein, wodurch die Walzenbewegung S erhöht werden kann. In Fig. 2 ist zur Veranschaulichung der Ventilsitzring 4 in seiner linken Hälfte mit einer Anfasung 16a und in seiner rechten Hälfte mit einem Übergangsradius 16 darge- stellt. In der Praxis wird der Ventilsitzring 4 allerdings entweder mit einem um- laufenden Übergangsradius 16 oder mit einer umlaufenden Anfasung 16a ausge- führt.
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Um eine Doppelpressung des Ventilsitzringes 4 zu vermeiden, ist der Ventilsitz- ring 4 gegenüber dem Fortsatz 11 freigestellt. Die Freistellung ist mit Bezugszeichen 17 bezeichnet.
Der einstückig mit dem Zylinderkopf 1 ausgebildete Fortsatz 11 lässt sich in ei- nem Druckgussvorgang mit dem Einlasskanal 3 herstellen.
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The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with at least one inlet duct that generates a roller flow in the combustion chamber, preferably curved in the sense of the roller flow, with an outer wall region with respect to the roller flow and an inner wall region, with an inlet into the combustion chamber in the region of the mouth of the inlet duct Valve seat ring is arranged.
Cylinder heads with inlet passages generating a roller flow are known from US Pat. No. 5,640,941 A, US Pat. No. 5,165,374 A, US Pat. No. 5,359,972 or GB 2 165 886 A. The roll flow (tumble flow) can have a favorable influence on the combustion process and thus on fuel consumption and emissions, particularly in the partial load range, with the aim of achieving the highest possible roll flow.
The size of the roll flow is decisively determined by the position of the intersection of the channel center line of the inlet channel with the center line of the valve seat ring. The closer the point of intersection is to the combustion chamber, the stronger the roll flow. The more the inlet duct is inclined to the center line, the closer the intersection is to the combustion chamber. A strong roll movement in the combustion chamber can thus be generated by a strong inclination of the inlet channel to the center line of the valve seat ring. A strong inclination of the center line of flow of the inlet duct with respect to the axis of the valve seat ring has the disadvantage, however, that the flow cross section of the inlet duct is greatly reduced, which is particularly disadvantageous in the full load range due to a considerably reduced flow.
When designing the inlet duct, a compromise must therefore be found between high roller flow in the partial load range and high flow in the full load range.
The object of the invention is to develop a cylinder head of the type mentioned at the outset in such a way that a strong tumble flow can be generated without a substantial reduction in the flow cross section of the intake port.
According to the invention, this takes place in that the outer wall region in the region of the valve seat ring is at least partially formed by an extension of the cylinder head within an inner lateral surface of the valve seat ring. The outer wall area of the inlet duct formed by the cylinder head thus continues into the opening of the valve seat ring. It is preferably provided that a fictitious extension of the channel wall of the inlet channel in the area of the extension intersects the valve seat ring in the area of the inner lateral surface, the cutting line preferably - in the direction of the axis of the valve seat ring
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considered - is at least partially in a valve seat side half of the inner lateral surface.
This measure ensures that the intersection between the channel center line of the inlet channel and the center line of the valve seat ring is at a very small distance from the combustion chamber, as a result of which a very strong roller flow in the combustion chamber even with a slight inclination of the channel center line of the inlet channel to the center line of the Valve seat ring is generated. This ensures the highest possible throughput in the full load range.
In order to avoid multiple pressures in the area of the valve seat ring, it is advantageous if the inner circumferential surface of the valve seat ring is free from the continuation.
In a further development of the invention, it is provided that the valve seat ring has a chamfer upstream of its narrowest flow cross section in the transition area to the inlet duct. This enables a high roller movement to be achieved. As an alternative to this, it can be provided that the valve seat ring upstream of its narrowest flow cross-section in the transition region to the inlet duct has a transition radius that continuously adjoins the inlet duct.
This makes it possible to design the flow cross-section of the inlet channel in the region of the mouth as large as possible and to largely avoid flow separation.
The cylinder head according to the invention can be demolded in a particularly advantageous manner by means of a steel mold having a cast bevel, which enables very simple manufacture.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows a cylinder head according to the invention in a cross section, and FIG. 2 shows detail II from FIG. 1.
The cylinder head 1 has at least one inlet duct 3 that generates a roller flow (tumble flow) S in the combustion chamber 2. A valve seat ring 4 is arranged in the cylinder head 1 in the region of the mouth 9 of the inlet duct 3 into the combustion chamber 2. The valve seat ring 4 forms the valve seat 5 for the inlet valve 6. Reference number 7 denotes an exhaust valve for controlling an exhaust duct 8. The outer wall area of the inlet channel 3 with respect to the roll flow S is designated by reference number 3a, the inner wall area by reference number 3b. The outer wall area 3a - viewed in a normal section to the channel center line 3c - is further apart from the cylinder head plane 10 than the inner wall area 3b.
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In order to generate the strongest possible roller flow S in the combustion chamber 2, the cylinder head 1 has an extension 11 in the region of the mouth 9 of the inlet duct 3 into the combustion chamber 2, which extension 11 extends into the cavity 4b spanned by the inner lateral surface 4a , The extension 11 lying within the inner lateral surface 4a is designed as an extension of the outer wall area 3a.
The fictitious extension 12 of the channel wall 13 in the area of the extension (11) cuts the valve seat ring 4 in the area of the inner lateral surface 4a, the line of intersection 14 lying at least partially in the valve seat side half 4 'of the valve seat ring 4. The half of the valve seat ring 4 facing away from the valve seat 5 is designated by 4 ". The extension 11 itself extends at least partially up to approximately a central plane 15 of the valve seat ring 4.
The extension 11 causes the channel center line 3c of the intake port 3 to be displaced in the direction of the cylinder head plane 10, as a result of which the point of intersection P between the channel center line 3c and the center line 4c of the valve seat ring 4 shifts towards the combustion chamber 2 and the distance L between the section - Point P and the combustion chamber end face 4d of the valve seat ring 4 becomes smaller.
Without extension 11, a corresponding shortening of the distance L between the point of intersection P and the end face 4d on the combustion chamber side, which increases the roller flow S, could only be achieved by a relatively large angle of inclination 0 between the channel center line 3c and the center line 4c of the valve seat ring 4 , which would however have the disadvantage of a considerable reduction in cross-section of the inlet duct 3. The extension 11 permits a strong roller movement S with a relatively small inclination angle 1, as a result of which a high flow rate can be achieved in the full load range.
As a further measure for producing the largest possible flow cross-section of the inlet channel 3, the valve seat ring 4 has a transition radius 16 in the region of the transition between the inner lateral surface 4a and the end surface 4e on the cylinder head side, corresponding to the inclination of the inner wall region 3b. Instead of the transition radius 16, a chamfer 16a can also be provided, as a result of which the roller movement S can be increased. 2 shows the valve seat ring 4 in its left half with a chamfer 16a and in its right half with a transition radius 16. In practice, however, the valve seat ring 4 is designed either with a circumferential transition radius 16 or with a circumferential chamfer 16a.
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In order to avoid double pressing of the valve seat ring 4, the valve seat ring 4 is free relative to the extension 11. The exemption is designated by reference number 17.
The extension 11, which is formed in one piece with the cylinder head 1, can be produced in a pressure casting process with the inlet duct 3.